Romax在變速箱設(shè)計及優(yōu)化方面的主要應(yīng)用

1、介紹Romax在變速箱設(shè)計及優(yōu)化方面的主要應(yīng)用匯報內(nèi)容主要包括三部分： 利用Romax進行齒輪強度分析及齒形優(yōu)化 利用Romax對變速箱軸及軸承進行分析 利用Romax對變速箱嘯叫分析一、利用Romax進行齒輪強度分析及齒形優(yōu)化1.1用Romax軟件建模過程 用Romax軟件建立換擋機構(gòu)的過程，按先后順序建立軸、軸承、齒輪，然后裝配到一起，最后設(shè)置邊界條件，建立分析工況。依據(jù)相關(guān)參數(shù)，把換擋機構(gòu)的主軸、副軸全部建完。裝配完成的輸入軸如下： 將輸入、輸出軸建立完成后，彼此相互獨立，無空間關(guān)系。需要通過定義軸坐標(biāo)原點的相對坐標(biāo)來定義軸在齒輪箱中的位置。軸的相對位置必須預(yù)先計算準(zhǔn)確以確保齒輪能準(zhǔn)確嚙

2、合。最終建立完成的三維模型如下圖所示：換擋機構(gòu)建立完成后，建立工況，設(shè)置每個工況下的載荷：1.2 齒輪強度分析 以1檔輸出齒輪為例進行分析。分析結(jié)果如下圖所示， 輪齒彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力如圖：.一檔輸出齒輪強度分析結(jié)果如下表所示：1.3 齒形優(yōu)化過程 由于軸、軸承、齒輪的變形及受載，必然導(dǎo)致輪齒變形及錯位，減小單位嚙合長度的最大載荷及傳遞誤差（減小嚙合噪聲），對輪齒進行齒向及齒形修形，這樣可以有效減小嚙合線單位長度上的載荷，減小載荷突變，可減小嚙合噪聲。 對齒輪副進行齒面微觀優(yōu)化修形，并對優(yōu)化修形前后齒面載荷分布均勻性、齒面接觸和齒根彎曲強度安全系數(shù)等參數(shù)進行對比。對比結(jié)果表明，通過優(yōu)化修形可以

3、使齒面載荷分布更加均勻，提高齒面接觸和齒根彎曲強度，進而達到增加齒輪壽命的目的。1.3.1 齒向修行 由于軸、軸承、齒輪的彈性變形導(dǎo)致齒輪嚙合偏斜，從而使齒輪在齒向方向上承載載荷不均勻。先按圖1所示進入傳遞誤差分析界面，繼而進入圖2、圖3所示，按圖中步驟進行操作。未修行前齒輪的齒向載荷分布、諧次響應(yīng)、傳遞誤差分別如圖4圖6。圖1 傳遞誤差分析圖2 齒輪嚙合特性分析界面圖3 齒輪嚙合特性分析界面圖4 齒輪單位嚙合長度的載荷分布圖5 齒輪諧次響應(yīng) 圖6 齒輪傳遞誤差（26.15-13.72=12.43um） 由圖4可以看出，齒輪所受載荷在齒向分布上存在嚴(yán)重的分布不均，因此有必要對齒向進行修形。按下

4、圖進入輪齒優(yōu)化界面：齒向優(yōu)化界面： 經(jīng)過理論研究，輸入最佳修形量并進行優(yōu)化。由于現(xiàn)在還不具備完整的理論推導(dǎo)，只初步經(jīng)過嘗試輸入一個修行量，單位長度載荷減小，驗證結(jié)果如下：1.3.2 齒廓修行 由上圖可以看出， 齒輪在雙齒嚙合與單齒嚙合的載荷突變十分明顯。為了減小這個突變，對輪齒進行齒廓修形，按下圖進入齒廓修形界面： 經(jīng)過嘗試,修形后輪齒載荷分布、諧響應(yīng)及傳遞誤差分別如下圖所示：修行后的載荷分布圖優(yōu)化后齒輪諧次響應(yīng) 修行后齒輪傳遞誤差（31.28-23.28=8um）1.4 結(jié)論 輪齒經(jīng)修形后，最大單位長度載荷、傳遞誤差、諧次響應(yīng)都有了很大程度的下降，這對提高輪齒的承載能力，減小嚙合噪聲都有很大

5、的作用。 齒輪微觀修形可以最大程度地補償上述情況產(chǎn)生的誤差，從而得到較理想的齒輪嚙合質(zhì)量，使齒面上的載荷呈均布狀態(tài)，并能提高齒輪的疲勞壽命，降低齒面磨損。Romax 軟件提供了一個齒面微觀幾何分析技術(shù)平臺，運用其微觀幾何分析模塊可以直觀地分析齒面載荷分布、輪齒強度等情況，進而設(shè)計出最優(yōu)化的修形參數(shù)。二、利用Romax對變速箱軸及軸承進行分析 Romax可以對各個檔位進行軸的靜態(tài)分析，并查看軸承是否有超載的情況。 軸與軸承分析界面如下圖所示： 軸的靜態(tài)分析將計算齒輪箱部件在各個載荷工況下所受的力、力矩、偏移量和應(yīng)力。分析結(jié)果如下圖所示：軸承靜態(tài)分析結(jié)果采用了ISO壽命、ISO損傷、Adjuste

6、d損傷和Load Zone Factor的方式進行表達。分析結(jié)果如下圖所示：Romax里可以對整個齒輪箱進行載荷譜分析，這樣會可以直接調(diào)出軸承、齒輪的分析報告，界面如下圖所示：分析報告如下圖所示： 從以往的研究可知，傳遞誤差（Transmission Error）是引起變速箱嘯叫聲的根本原因。傳遞誤差與齒輪嚙合振動及嘯叫噪聲聲壓級成比例關(guān)系。要消除或者減小嘯叫聲，可以從減小傳遞誤差入手。 因此我們可以采用第一部分所講的齒廓修形作為減小輪齒嚙合激勵的有效手段，用于消除輪齒的嚙入和嚙出沖擊并最大限度地減小齒輪傳動誤差的波動，實現(xiàn)減小振動的目標(biāo)?？赏ㄟ^齒輪修形以減小齒輪傳遞誤差，并對傳遞誤差的仿真結(jié)

7、果與測量結(jié)果進行對比，驗證兩者的關(guān)聯(lián)性。 目前對于齒輪箱嘯叫的研究，主要集中在應(yīng)該如何使傳遞誤差減小的方面。三、利用Romax對變速箱軸進行嘯叫分析3.1 減小齒輪傳動誤差來減小嘯叫聲目前我們接觸的M3降低嘯叫噪聲的項目，就可以通過噪音和振動多路傳感器測試，以及采用階次分析技術(shù)對變速器、發(fā)動機和整車相關(guān)部位進行測試分析，確認(rèn)異常嘯叫噪聲的來源。并通過對不同部位的測試數(shù)據(jù)的相干性分析找到嘯叫聲主要的傳遞路徑；確認(rèn)嘯叫噪聲來源。之后運用 Romax 軟件，對齒輪接觸區(qū)進行理論分析，驗證理論分析與實際測試的一致性，在 Romax專業(yè)軟件中通過齒形微觀修形的方式，調(diào)整螺旋角、壓力角、鼓形量、齒頂修緣等

8、參數(shù)，尋找降低齒輪傳遞誤差、降低接觸應(yīng)力的方案。 經(jīng)樣件試制、整車測試驗證，驗證新方案措施對改善嘯叫噪音的效果，觀察車內(nèi)噪聲品質(zhì)是否有所改善。第一部分已經(jīng)講述通過齒輪微觀修行降低傳動誤差的分析，不再贅述。 箱體的振動是變速箱噪聲的主要來源，對箱體進行模態(tài)分析可以得到箱體的固有頻率和固有振型。利用固有振型圖可以比較直觀的看到變速箱箱體在某階頻率下的振動形態(tài)，直觀的分析減速器的動態(tài)特性，因此對箱體的模態(tài)分析是非常有必要的。 變速箱箱體首先通過 Catia 三維建模，通過Hypermesh 生成有限元模型，并通過節(jié)點縮聚連接到主軸承上。最后保存為.dat 格式的文件，以備在 Romax Designer中使用。 同樣在Romax里對齒輪箱進行建模，之后分別對變速箱箱體和齒輪傳動系統(tǒng)進行嘯叫分析，得到其前幾階模態(tài)，然后對比分析。3.2 分析箱體和齒輪傳動系統(tǒng)的各階模態(tài)是否存在共振頻率來研究嘯叫分析 Romax 軟件內(nèi)嵌動力學(xué)分析模塊如下圖所示，可以完成齒輪箱系統(tǒng)固有頻率及固有振型的求解，通過 振動噪聲分析模塊可以查看求解結(jié)果。利用動力學(xué)分析模塊可求解動力模塊傳動系統(tǒng)在各檔工況下的前幾階固有頻率。分別對變速箱殼體及變速箱齒輪傳動系統(tǒng)進行模態(tài)分析，分析界面如下圖所示：齒輪傳動系統(tǒng)模態(tài)分